Интеллектуализация программных средств описания и спецификации телекоммуникационных систем и процессов их функционирования
Скачать 118.06 Kb.
|
Інструментальні засоби та середовища програмування УДК 681.324 Ластовченко М.М., Макаренко Н.Н., Марущак В.И. Интеллектуализация программных средств описания и спецификации телекоммуникационных систем и процессов их функционирования Рассмотрена методология модификации языка описаний и спецификации благодаря введению регламентированных временных диаграмм и аппарата количественного анализа. Приведен пример предложенных средств. ВведениеВ процессах интеллектуализации информационно-коммуникационных технологий в области построения и развития глобальных сетей связи (ГСС) [1] на первое место вышла проблема создания информационно-технологических систем (ИТС) проектирования и консалтинга аппаратно-программных средств (АПС) [2, 3]. Существующие программные средства проектирования (ПСП) используют языки описаний и спецификаций (ЯОС) SDL-2000 [4] и MSC [5], которые существенно поповышают уровень автоматизации процессов проектирования алгоритмов АПС для систем телекоммуникаций. Однако они не обеспечивают корректной спецификации требований, предъявляемых к алгоритмам АПС. Отсутствует количественный анализ требований к предполагаемой эффективности АПС, что значительно увеличивает объем экспериментальных исследований и испытаний [2]. Первые работы в области интеллектуализации инструментальных ПСП (в частности, описания и спецификации требований) были связаны с проектированием и разработкой алгоритмов вычислительных систем [6]. Аналогичные работы проводились и для систем телекоммуникаций [7]. Однако и в настоящее время все еще отсутствуют ПСП, интеллект которых обеспечивал бы необходимый уровень автоматизации проектирования [8]. Недостатками даже наиболее перспективных ПСП (например, Telelogic и Cinderella [2]) для ИТС на сегодня являются: 1) при обосновании требований к алгоритмам АПС, как выше указывалось, отсутствует количественный анализ эффективности их реализации; 2) необходимость использования ряда плохо взаимодействующих (точнее плохо инкапсулируемых) языков описаний и спецификаций, графические и линейные формы которых не позволяют инженеру воспроизводить процессы, в основе которых лежат проектируемые алгоритмы; 3) отсутствуют ПСП для интегральной системы описаний и спецификаций, охватывающей весь спектр алгоритмов АПС телекоммуникаций в рамках как архитектуры эталонной модели (ЭМ) взаимодействия открытых систем (ВОС), так и архитектур систем спецификации (SDL, MSC). В статье предлагается вариант расширения последней версии языка спецификаций SDL-2000 [9], который предусматривает более корректную спецификацию требований благодаря введению в него средств компактной визуализации и количественного анализа (модулей моделирования процессов функционирования) эффективности алгоритмов. Совершенствование SDL-2000 иллюстрируется на примере систем канального (базового) уровня ЭМ ВОС [10]. В архитектуре языка SDL в верхних уровнях описания и спецификации (воспроизведение поведения системы в виде взаимодействующих блоков и подблоков) отсутствует регламентация их взаимодействия, что требует дополнительного описания процесса поведения на языке MSC. Вместе с тем в отличие от SDL и MSC в диаграммах последовательности UML выделяются и объекты классов и временные параметры их взаимодействия, что позволяет более корректно формулировать требования [11]. Таким образом, возникшую проблему интеллектуализации графических форм двух языков (SDL GR и MSC) можно решить, используя UML с определенной его модификацией. Поскольку инженеру для проектирования необходимо иметь не только достаточно корректное (точное) графическое описание системы, где указываются блоки (подблоки) и направления связей их взаимодействия, но и временной оцифрованный порядок (режим) их взаимодействия, постольку в UML необходимо ввести оцифровку. После такой модификации UML вводится в состав существующих систем спецификаций на верхние уровни ее архитектуры (система, блоки, подблоки, процессы) [2]. Таким образом на этой основе создается новый язык описаний, моделирования и спецификаций (SMDL). В его программную среду вводятся новые модули визуализации систем и моделирования процессов функционирования АПС телекоммуникаций. 1. Формализация процесса по кадровой передачи данных На процесс передачи информации на канальном уровне ЭМ ВОС телекоммуникаций влияют два взаимозависимых фактора: случайные сбои и отказы каналов связи (КС), а также текущая коррекция главного параметра протокола (длины кадра L), обеспечивающего непрерывную и безошибочную передачу в этих условиях. В качестве характеристик, оценивающих эти факторы, выбираются: средняя наработка на сбой (отказ) и задаваемая длина передаваемых кадров [6, 8]. При проектировании алгоритмов протоколов в рамках технологии Frame Relay [12] можно использовать аналитические модели (АМ) (первичные расчеты параметров) [8, 10] и имитационные модели (статистические испытания), которые позволяют провести коррекцию АМ для повышения точности анализа [13]. В настоящее время при изменении интенсивности потока сбоев существующие локальные интерфейсы управления (ЛИУ, LMI) [12] не корректируют параметры протокола. Поэтому оператору приходится вручную менять длину кадров L, уменьшая количество повторов передаваемых кадров  . Однако для коррекции этих параметров необходима достаточно высокая квалификация сетевого администратора, что не всегда обеспечивается. Для того чтобы отказаться от ручной коррекции параметров, в стек протокола необходимо ввести средства автоматической текущей коррекции L, используя данные мониторинга интенсивности сбоев (фактически повторов) реализовать коррекцию L.Для автоматической адаптивной коррекции параметров можно предложить два способа: 1) провести моделирование и хранить относительно большой объем данных о тех или иных ситуациях в поведении каналов передачи и по совпадающим реальным ситуациям корректировать параметры; 2) ввести в алгоритмы протоколов средства автоматической адаптивной коррекции параметров протоколов. Первый способ позволяет при проектировании и тестировании каналов получать таблицы состояний работоспособности и назначать по ним оптимальные параметры протокола. Он прост, но требует анализа всех возможных ситуаций и большой базы данных (большой объем памяти для хранения и соответственно большое время обработки). Второй способ сложнее, так как необходимо реализовать в алгоритме протокола модель анализа ситуаций передачи в реальном масштабе времени. Рассматриваем второй, хотя и более сложный, подход, использующий аналитическую модель анализа для коррекции основного параметра протокола – длины кадра L. Для разработки аналитической модели необходима формализация процесса передачи кадров с учетом следующих характеристик протокола: скорости передачи данных  допустимого количества повторов кадров  , зависящих от среднего времени наработки на сбой (отказ)  .На рис. 1 приведены временные диаграммы, которые отображают два режима передачи кадров: 1) нормальная передача (рис. 1,а); 2) передача с повтором кадра, который был принят с ошибкой (рис. 1,б). Временными параметрами процесса передачи здесь являются: время передачи:  и среднее время наработки на сбой  .2. Анализ особенностей использования существующих программных средств описания и спецификаций  Рассмотрим существующие ПСП, базирующиеся на известных языках описаний SDL (SDL GR, SDL PR) и MSC [4, 5]. На рис. 2 отображены диаграммы системы передачи (канала связи) (рис. 2,а) и блока получения кадров (приемника) (рис. 2,б). Описание систем в виде блоков передачи и приема и связей их взаимодействия выполнено в рамках стандарта SDL-2000 [4].Как следует из рис. 2, временная последовательность взаимодействия блоков отсутствует (нет воспроизведения динамики процесса во времени). В предыдущей версии языка SDL (SDL-92) были добавлены объектно-ориентированные элементы, что позволило воспроизводить параллельные процессы. Однако и здесь для необходимой точности описания требовалось дополнительно использовать диаграммы на языке MSC [5]. В версии SDL-2000 введено описание сценариев (исключительных ситуаций процесса передачи), что позволило конкретизировать взаимодействие, уменьшив зависимость от MSC. Диаграммы MSC описывают динамику процессов функционирования системы, что позволяет установить режимы временных последовательностей взаимодействия блоков системы (рис. 3). Язык позволяет использовать таймеры в описательной части. Однако и язык MSC не имеет средств количественного оценивания режимов временного взаимодействия. Временная диаграмма описывает процесс передачи кадра по каналу (передатчик-приемник) по протоколу Frame Relay в соответствии с диаграммами, приведенными на рис. 1. Здесь используются таймеры, которые воспроизводят режим контроля времени получения кадров (АСК) в пределах допустимого времени ожидания. Однако задача корректного описания динамики процесса (последовательности взаимодействия во времени) здесь не решена.   3. Анализ предлагаемых программных средств визуализации системного уровня описания и спецификации Наиболее рациональным программным средством может быть язык UML, который является унифицированным и может описывать как разные типы классов процессов, тик и их динамику. Однако и он не позволяет решать поставленные выше задачи. Его основными недостатками являются:
На рис. 4 переставлена диаграмма временной последовательности режима передачи кадров. Описываются основные варианты (сценарии) поведения системы в соответствии с исходными данными (рис. 1).  В отличие от известных MSC-диаграмм в модифицированной UML диаграмме вводится промежуточный блок (канал сети), который позволяет воспроизвести реальный процесс передачи с учетом сбоев в канале связи. Если бы моменты окончания передачи и сбоев были оцифрованы, то этого хватило бы для задания исходных данных для моделирования, обеспечивающего и количественный анализ для выбора оптимальной длины кадра как главного параметра протокола управления передачей.4. Аналитическая модель количественного анализа Инженеру, проектирующему алгоритмы АПС передачи (физический и канальный уровни ЭМ ВОС), необходимо при анализе описываемых систем и процессов их функционирования задавать исходные данные для моделирования различных вариантов функциональных структур систем и, главное, алгоритмов протоколов управления процессами передачи. Поэтому преимуществом языка UML является возможность его расширения с последующей декомпозицией процесса, что обеспечивает переход от разработки системы к разработке блоков (декомпозиция мета-алгоритма к алгоритмам, реализуемым процедурами SDL). В предположении экспоненциальных законов распределения случайных величин – моментов появления сбоев  для установившегося стационарного процесса передачи – можно записать формулу, определяющую составляющие времени, которые связаны с поддержанием непрерывной безошибочной передачи пакета кадров: , (1)где  – полный интервал времени передачи пакета из n кадров;  – время передачи кадра;  – случайное время повторов передачи кадра за период ( – интенсивность сбоев, требующая повтора). Кроме того,  , где V – скорость передачи.Исходя из требований поддержания своевременной передачи пакета кадров  (с учетом интенсивности сбоев ) пакет разбивается на одинаковые части (кадры).Тогда случайное время передачи набора кадров (пакета) можно оценить, используя распределение Эрланга. Представляя процесс передачи кадров цепочкой экспоненциальных фаз (с параметром  для каждой фазы), а количество фаз равным передаваемым кадрам – n с параметром распределения Эрланга k=n, получим плотность распределения случайного времени передачи пакета  [14]: , где  . (2)И, соответственно, вероятность своевременной передачи пакета  будет оцениваться выражением . (3)На рис. 5 приведены графики зависимости  от интенсивности сбоев и заданной своевременности безошибочной передачи ( ).Как следует из данных графика, при большой интенсивности сбоев (  =0,04) разбиение пакета на кадры (n=4) не позволяет обеспечить безошибочную и своевременную передачу (для  при =0.11 необходим ремонт канала, обеспечивающий  0,02).5. Пример расширения языка описаний и спецификаций На рис. 6 приведена новая (относительно рис. 2,б) диаграмма блока приемника, где введен подблок выдачи дополнительных сигналов коррекции для передатчика (сигналов изменения длины кадров). Раскрытие сущности подблока (модуль реализации аналитической модели анализа с формированием нового значения длины кадра) предполагается представить в процедурах SMDL в последующих публикациях. ВыводыРассмотрена методология введения более полных и корректных диаграмм процесса (рис. 4) с количественным анализом в процесс спецификации (рис. 5, 6), что позволяет сделать следующие выводы.  1. Существующий системный уровень SDL-2000 даже с использованием языка MSC не позволяет описать анализируемую систему (коммуникационный тракт) и процесс передачи с необходимой для проектирования алгоритмов точностью.2. Введение первичной (без оцифровки) модификации языка UML позволяет более корректно описывать систему и процесс ее функционирования, раскрывая все особенности описываемых процессов (рис. 4). 3. Необходима дальнейшая модификация языка UML (оцифровка временных режимов), которая обеспечит формирование новых интеллектуальных (с учетом функционирования и моделирования) SMDL-диаграмм. Анализ результатов позволяет сделать следующие выводы:  1) для полной автоматизации процесса проектирования алгоритмов АПС с необходимыми уровнями визуализации и интеллекта в последующих модификации UML, которые расширяют SDL, необходимо одновременно с введением оцифровки анализируемых параметров  (моделирование и анализ) ввести средства перехода к процедурам SDL;2) для эффективного проектирования алгоритмов на верхних уровнях описания и спецификации (система – процессы) необходимы не только программные средства визуализации, но и интеллектуализация процесса разработки алгоритмов: визуализация задаваемых режимов передачи (рис. 4) с моделированием и визуализацией результатов анализа (рис. 5) выбираемых (оптимальных) параметров протокола (рис. 2). В предлагаемой статье выполнен первый этап создания языка описаний, моделирования и спецификаций – SMDL.
Получено 20.09.05 ^ Ластовченко Михаил Михайлович канд. техн. наук старший научный сотрудник Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН Украины, просп. Академика Глушкова, 40 г. Киев, 03680, Украина Тел.: (044) 440 4343 (вечером) Макаренко Николай Николаевич аспирант Институт программных систем НАН Украины, просп. Академика Глушкова, 40 г. Киев, 03680, Украина Тел.: 8 067 501 7396Марущак Владимир Иванович аспирант Национальный авиационный университет МОН Украины 03058, Украина, просп. Комарова, 1, Тел.: 8 050 381 4188© М.М. Ластовченко, Н.Н. Макаренко, В.И. Марущак, 2006 ISSN 1727-4907. Проблеми програмування. 2006. № 1 |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | | Технологический институт Восточноукраинского национального университета им. В. Даля (г. Северодонецк) | |
 | Стандартизация методов спецификации и описания современных телекоммуникационных архитектур | | Электронные технологии полностью меняют современный мир. Интеллектуализация производства сегодня – неотъемлемый атрибут движения... |
| Экспертиза процессов жизненного цикла программных систем: особенности организации и проведения | | Институт программных систем нан украины, пр. Глушкова,40, т. 4586534, e-mail |
 | Краткий конспект лекций по теория тестирования аппаратных и программных средств | | Ситуация осложняется тем, что проблему инвестирования хозяйственных комплексов приходится решать в условиях экономического кризиса,... |
| Товар, проданный по настоящему Контракту должен соответствовать следующей спецификации | | Распараллеливание алгоритмов функционирования классификатора со случайными подпространствами |